Физико-химические и технологические основы повышения эффективности комплексной переработки нефелинсодержащего сырья кислотными методами (21.09.2009)

Автор: Матвеев Виктор Алексеевич

В реальных условиях кислотной обработки нефелина кремнезем, быстро переходящий в раствор, в результате трудноконтролируемой полимеризации претерпевает ряд последовательных превращений в соответствии со схемой:

   полимеризация агрегация

Si(OH)4 (((((( коллоидные частицы (золь) (((( сетка частиц

  поликонденсация

(гель, флокулы, агломераты).

Очевидно, что процесс агрегации необходимо направить по пути формирования возможно более плотных агрегатов с тем, чтобы их можно было эффективно отделить от раствора.

Установлено, что на форму образующихся осадков диоксида кремния, помимо концентрации кислоты, ее расхода и температуры, оказывают влияние, и притом определяющее, временной фактор (рис. 1), а также наличие поверхности раздела фаз (затравки кремнезема) (табл. 1).

Рисунок 1 – Зависимость показателей фильтрования от продолжительности дозирования нефелина в кислоту:

1 – скорость фильтрования; 2 – влажность осадка

Таблица 1 – Зависимость показателей фильтрования от расхода затравки

затравки,

% Продолжительность дозирования нефелина, час

1.5 2 3

скорость

фильтров.,

м3/(м2(ч) влажность

осадка,

% скорость

фильтров.,

м3/(м2?ч) влажность

осадка,

% скорость

фильтров.,

м3/(м2?ч) влажность

осадка,

0 0.15 62.5 0.40 59.2 0.75 57.5

10 0.60 56.7 1.28 54.3 1.40 53.2

20 0.95 54.8 1.56 52.2 1.76 51.2

30 1.10 53.5 1.44 51.5 1.72 49.5

40 1.0 52.6 1.32 50.5 1.37 48.6

В указанных условиях быстро и во все большем количестве возникают зародыши новой фазы, которые растут как за счет осаждения на них мономерного кремнезема, так и вследствие присоединения более мелких частиц. Эти процессы являются результатом взаимодействия силанольных групп (SiOH с образованием силоксановых связей (Si-O-Si( и отщеплением воды. В результате этого происходит формирование частиц кремнезема в виде относительно плотноупакованных дискретных ассоциатов. Выполненные исследования показали, что варьирование параметров разложения нефелина (концентрации кислоты, температуры, скорости дозирования нефелина, расхода затравки) позволяет направлять процесс полимеризации кремнезема по пути формирования и укрупнения дискретных частиц, легко отделяемых от раствора.

Установлено, что нерастворимый остаток от разложения нефелина представляет собой механическую смесь аморфного диоксида кремния и примесных минералов, что обусловливает возможность выделения аморфного кремнезема в виде самостоятельного ценного продукта, занимающего по своим физико-химическим свойствам и структуре промежуточное положение между белой сажей и силикагелем.

В четвертой главе изложены результаты физико-химических исследований переработки растворов от кислотного разложения нефелина.

Известно, что наиболее перспективным методом выделения алюминия из растворов сернокислого алюминия или квасцов является их гидролитическое разложение при повышенных температурах (в автоклавах). При этом алюминий осаждается в виде основных солей. Всесторонними исследованиями многих авторов однозначно установлено, что максимально возможная степень гидролиза (немногим более 80%) достигается при температурах выше 230оС, что требует высоких энергозатрат и связано с трудностями аппаратурного оформления процесса. Это является одной из основных причин, по которой метод гидролитического выделения из сернокислых растворов пока не нашел практической реализации.

В разделе 4.1.2 приведены результаты исследования процесса гидролиза сернокислого алюминия (СА) и алюмокалиевых квасцов (АКК) в присутствии аммонийных солей сульфитного ряда – (NH4)2SO4 и NH4НSO3. Первая соль использовалась в виде твердого моногидрата, вторая – в виде 75%-ного раствора. Экспериментальные данные, приведенные в табл. 2, со всей очевидностью показывают, что сульфит аммония оказывает существенное влияние на ход процесса гидролиза сернокислых солей алюминия. Аналогичные результаты получены при использовании гидросульфита аммония, но при его вдвое большем молярном расходе.

Роль сульфитных солей аммония в процессе гидролиза сернокислых солей алюминия заключается в обменном взаимодействии с исходной сернокислой солью алюминия по уравнению (на примере средней соли и сульфата алюминия)

Al2(SO4)3 + n(NH4)2SO3 ? Al2(SO4)3-n(SO3)n + n(NH4)2SO4 2)

(0< n ? 2)

с образованием сульфат-сульфита алюминия, который гидролизуется по реакции:

Al2(SO4)3-n(SO3)n + nН2О ? Al2(SO4)3-n(OH)2n + nSO2?. (3)


загрузка...